Ikke-statslige arvtyper

kendt tilstrækkeligt stort antal af genetiske sygdomme forårsaget af en ændring i DNA, som imidlertid ikke har nogen Mendelsk nedarvning karakter. Nedenfor vil det blive diskuteret arv mitokondrie og mitokondrie sygdom, samt prægning.

Mitokondrielle arv og mitokondrie sygdomme

Mitokondrier er cellulære organeller. Mitokondrier har to højt specialiserede membraner - det ydre og det indre, ring-DNA-molekylet, såvel som deres egne transskriptions- og oversættelsessystemer. Hver celle indeholder flere hundrede mitokondrier. De udfører en række vigtige biokemiske reaktionskæder, hvor reaktionerne fra cellens energimetabolisme er af særlig betydning.

Som allerede nævnt har mitokondrier deres eget DNA, hver mitokondri indeholder 10 eller flere DNA molekyler. Genomet af mitokondrie-DNA( mgDNA) er fuldstændigt dechifret.

Forstyrrelse af interaktionen mellem mitokondrielle og nukleare genomer forårsager en række mitokondriepatologier.

Da mtDNA er indeholdt i cytoplasma af celler, arves det kun på moderlinjen. I æggets cytoplasma er der tusindvis af mitokondrier og dermed titusindvis af mtDNA-molekyler. På samme tid i spermatozonen Der er kun få mtDNA-molekyler, der ikke falder ind i det befrugtede æg. Derfor arver mænd mænd mtDNA fra deres mødre, men overlever dem ikke til deres efterkommere. Denne form for arv hedder moderens arv eller moderens arv.

Normalt er alle kopier af mtDNA identiske, og denne tilstand kaldes homoplasmisk. Nogle gange forekommer mutationer i mtDNA.På grund af den ikke så perfekt arbejde af mitokondrielle DNA-polymerase mutationer og genoprettende systemer i mtDNA forekomme 10 gange hyppigere end i kerne-DNA.Fremkomsten af ​​mutationer i et af mtDNA-molekyler kan føre til fremkomsten af ​​to populationer af mtDNA i en celle kaldes geteroplaziey. Som et resultat af celledeling indføres mutantmtDNA i andre celler, hvor den fortsætter med at formere sig.

Energibehovet af forskellige væv i kroppen er anderledes. Den mest energiforbrugende er nervesystemet. Derfor er dette system primært påvirket af mitokondrie sygdomme.

klassifikation af mitokondrie sygdom er baseret på to principper:

1) mutant protein involveret i energi oxidativ fosforylering;

2) hvorvidt mutantmtDNA eller nukleært DNA er kodet.

Klasse I af mitokondrie sygdomme indbefatter atrofi af Leber's diske af de optiske nerver. Sygdommen manifesterer sig som akut eller subakut tab af central vision på grund af atrofi af de optiske nerver. Sygdommen kan begynde både i barndommen og i alderdommen. I nogle patienter kombineres atrofien af ​​de optiske nerver sammen med symptomerne på encephalomyopati. Lebers opticusatrofi forårsaget af mutationer i mtDNA gener, der koder underenheder af kompleks I.

Denne klasse refererer Leigh sygdom( subakut nekrotiserende encephalomyelopathy).Leiasyndrom forekommer kun, når mutantmtDNA er mindst 90% af det totale mtDNA.Hvis procentdelen af ​​mutant DNA er lavere, vises et syndrom af neuropati, ataksi og retinitis pigmentosa.

syndrom neuropati, ataksi og pigmentdannende retinal dystrofi( NARP) kan manifestere i barndom og senere, indtil den 2. årti af livet. Udover patologi, som gik ned i navnet på syndromet kan patienter være demens, kramper, motosensornaya neuropati, høretab.

syndrom myoklonus epilepsi og flossede røde muskelfibre( MERRF), som er manifesteret epilepsi, demens, ataksi og myopati forekommer i tilfælde af en mutation i genet for tRNA.Syndromet kan manifesteres i barndommen og voksenalderen. Ud over disse symptomer, når MERRF syndrom patienter undertiden observeret sensorineuralt høretab, demens, synsnerven atrofi, spastisk diplegi. Normalt afslører dette syndrom udtalt heteroplasm, så syndromets ekspressivitet varierer dramatisk.

anden syndrom forårsaget af punkt udbytningsgen tRNA - et syndrom og mitokondrie encephalomyopathies takts-episoder( MELAS).Han har også heteroplasmy, og som følge heraf varierer syndromets udtrykkelighed ganske meget. Større kliniske manifestationer omfatter encephalomyopathies, slagtilfælde-tilstand, sædvanligvis forbigående, med restaurering funktioner, anfald, ataksi, myoklonus, epilepsi, migræne hovedpine.

K mitochondriske sygdomme forårsaget af deletioner eller duplikationer indbefatter Kearns-Sayre-syndrom( myopati, cerebellare lidelser og hjertesvigt), Pearson syndrom( pancytopeni, laktatacidose, og pankreatisk insufficiens), samt kronisk progressiv ydre oftalmoplegi, manifesteret udeladelseårhundrede. Nedsat

vekselvirkning mellem de nukleare og mitochondriale genomer, forklare mtDNA depletion syndrom og syndrom division multiple mtDNA.Begge disse betingelser er arvet som autosomale dominerende tegn, derfor er mutationerne af nukleare gener sandsynligvis årsagen.

mitochondriale respiratoriske kæde sygdomme forårsaget af mutationer i nukleare gener kan inddeles i to grupper - og mitochondriske myopatier, mitokondriske encephalomyopathies. Disse sygdomme nedarves som Mendelske træk men på grund af manglende enzymer der tilhører en af ​​komplekserne ifølge den respiratoriske kæde af mitokondrier. Genomisk prægning

er i øjeblikket tre kendte klasse af undtagelser Mendelsk regler identitet hybrider 1. generation. Den første undtagelse har været kendt i lang tid, og den er forbundet med X-linked arv.

anden, kun at vederlaget angår egenskaber bestemmes af gener af mtDNA, som har en såkaldt mødrene arv. I hjertet af disse to klasser af afvigelse fra Mendelsk nedarvning er forskelle i den genetiske bidrag forældre i genotypen af ​​afkommet. I X-bunden arv af afkommet kan kun få X-kromosom fra moderen, mens faderen eller fra kromosomet X eller Y. Når mitokondrie arv zygote dannet ved en fusion af kønsceller, og får en mitokondrier er indeholdt i deres mtDNA kun gennem ægget.

nylig genetik og embryologi beskrevne tredje undtagelse - genomisk prægning, hvor begge forældre transmitteres til efterkommere helt identiske gener, men disse gener er særlige aftryk køn forældre, faderlige og maternale gener aktiveres eller undertrykkes( undertrykt, blokeret) under gametogenese på forskellige måder. Således er det i nogle tilfælde vigtigt, hvilken af ​​forældrene genet er arvet.

udtrykket "prægning»( aftryk - «mark») først foreslået i 1960 Crows fra Columbia University, USA.

Genomisk prægning har en særlig plads blandt de specifikke mekanismer for regulering af genaktivitet i de tidlige stadier af udvikling, hvilket resulterer i forskelle i ekspressionen af ​​homologe mødrene og fædrene alleler. Efterfølgende genetisk modifikation kan føre til, at ændringer i genekspression vil blive stabilt transmitteret i udviklingen af ​​cellegenerationer. Genomisk prægning, for eksempel kan ændre dosis af gener, der styrer embryo vækst, celleproliferation og differentiering.

eksempel prægning af et genom på en person er en sand molar graviditet, som opstår, når et befrugtet æg, uden maternelle kromosomer, to sperm. På trods af tilgængeligheden af ​​et komplet sæt af diploide, tidlig embryogenese af zygoter tager unormalt: foster væv selv ikke udgør. I tilfælde af et dobbelt sæt af moderkromosomer udvikler en teratom-embryonale tumor. Kun moderens eller eneste fædre genomer er ikke i stand til at sikre den normale udvikling af embryoet.

på organismiske niveau prægningseffekt observeret i forbindelse med tilstedeværelsen af ​​kromosomale fragmenter eller hele kromosomer enkelt( paternelle eller maternelle) oprindelse - den såkaldte uniparental disomi( OSA), nemlig der er en kvalitativ snarere end en kvantitativ kromosom ubalance.

I de senere år intensivt undersøgte effekten af ​​genomisk prægning i forbindelse med forskellige patologier i mennesker. Eksempler på sygdomme, som er baseret på lidelsen funktion af prægede områder af genomet, ganske meget, så vi kan tale om en speciel klasse af humane sygdomme - "prægende sygdomme", som der er mere end 30.

mest overbevisende data opnået med Prader-Willi syndrom( IPS) ogEnzhelmena syndrom( SE), som har en markant forskellige kliniske manifestationer, dybest set har lignende molekylære cytogenetiske ændringer. Beckwith-Wiedemann

( SBV) relativt godt undersøgt med hensyn til prægning og syndrom har de følgende hovedkarakteristika: macrosomia, macroglossia, umbilical brok, øget følsomhed over for tumorer.

Foreningen af ​​genomisk prægning med en anden human arvelig patologi på niveau med kromosomer eller individuelle gener er også tydeligt sporet og undersøges i øjeblikket bredt. Så for eksempel med Huntingtons chorea og spinale brusk ataxi, forekommer sygdommen tidligere og går mere alvorligt, hvis de arvelige gener er af paternal oprindelse. I neurofibromatose har myotonisk dystrofi tværtimod en sygdom, der tidligere er begyndt og et tungt kursus med arv fra mutantgener fra moderen. Der er ingen tvivl om implikationen af ​​genomisk imprinting i ætiologi af tumorvækst.

I de senere år er fænomenet genomisk prægning blevet set ved hjælp af molekylære genetiske metoder i multifaktoriske sygdomme. For eksempel findes tydeligt udtrykt faderprægning i atopisk dermatitis, moder - med bronchial astma og atopi hos børn. Med insulinafhængig diabetes mellitus blev der fundet en højere sandsynlighed for faderprægning.

GENTEKNOLOGI

ovenfor beskrevne fremgangsmåder til molekylær genetik, som anvendes til at identificere gener Mendelsk nedarvede humane sygdomme, sådanne fremgangsmåder er en del af det internationale "Human Genome."Nedenfor vil vi overveje de vigtigste bestemmelser i genteknologi og essensen af ​​projektet "Human Genome".

I februar 2001 samtidig i to tidsskrifter, "Naturen" og "Science", fremlagde resultaterne af den kladde af alle, uanset det menneskelige genom modtaget fra hinanden af ​​et internationalt konsortium "Genomcheloveka" projekt og det private selskab "Celera", for hvilket genom-projektperson er en kommerciel virksomhed. Disse publikationer er trods projektets ufuldstændighed en væsentlig præstation af al biologisk videnskab og medicin.

Rekombinant DNA-teknologi

Faktisk på tidspunktet for offentliggørelsen af ​​"Human Genome Project" blev dannet en helt ny tendens i molekylær genetik, der blev kendt som "genteknologi" eller "rekombinant DNA-teknologi".Sidstnævnte kan opdeles i to store områder: DNA kloningsteknikker og DNA analysemetoder, primært bestemmelsen af ​​nukleotidsekvensen i DNA molekylet.

DNA Cloning Kloning af DNA in vivo( in vivo) indbefatter 6 etaper:

1) opnåelse af DNA-fragmenter, herunder gener eller dele deraf med et restriktionsenzym;

2) rekombination af fragmenter;

3) Sætning af et DNA-fragment i en vektor;

4) transformation med værtsorganismens vektor;

5) screening for den rekombinante vektor;

6) Udvalg af interessante klonforskere.

Begrebet restriktionsenzymer

I hvert humant kromosom er der kun én kontinuerlig streng af DNA.Det er svært at pakke for at passe ind i kromosomet. Det er praktisk taget umuligt at manipulere med et DNA-molekyle af denne længde. Derfor opdagelsen i 70'erne. XX århundrede.særlige bakterielle enzymer, der skar DNA i separate fragmenter, var meget relevante. Enzymer er blevet betegnet restriktionsenzymer eller endonukleaser. I bakterier tjener disse enzymer til at beskytte mod indtræden i cellen af ​​fremmed DNA.

Rekombination af DNA-fragmenter

Restrictaser skærer begge strenge af DNA, hvilket som et resultat danner enten stump eller klæbrige ender. DNA'et af en organisme skæres af et specifikt restriktionsenzym på strengt definerede steder, derfor vil et sådant DNA efter restriktion( som også kaldes fordøjelse) altid give det samme sæt af fragmenter. Hvis du bruger en type restriktionsenzymskæring af DNA fra forskellige organismer, vil det sæt af fliser være forskellige, men sekvensen af ​​nukleotider i marken vil blive skåret i stykker alle de samme, og derfor komplementære til hinanden i dannelsen af ​​fragmenter har klæbrige ender. Sidstnævnte kaldes klæbrig, fordi de på grund af deres komplementaritet kan kombineres med andre fragmenter dannet af det samme restriktionsenzym eller anden restriktionsendonuklease, som danner de samme ender. Kombinationen af ​​fragmenter med klæbrige komplementære ender accelereres og stabiliseres af et specielt enzym kaldet ligase. Således kan et helt nyt rekombinant DNA-molekyle, som ikke eksisterer under naturlige betingelser, dannes, hvis et enkelt restriktionsenzym skæres i DNA af to forskellige arter og blandede fragmenter.

For at udforske et DNA-fragment af interesse for en forsker skal det multipliceres. Dette kan gøres ved to forskellige metoder, flytter det til værtscellen eller multipliceres in vitro( in vitro).

introduktion af DNA-fragmenter i en værtscelle via

vektorer til at flytte DNA-fragment i en værtscelle anvender typisk specielle designs, som kaldes vektorer. De mest anvendte vektorer er bakterielle stoffer, bakteriofager, bakterielle og gær kunstige kromosomer. For nylig er det blevet foreslået at anvende humane kunstige kromosomer som vektorer. Skabe

genomiske biblioteker

Begrænsning af de genomiske DNA-fragmenter og kloning af fragmenterne under anvendelse af forskellige vektorer dannede grundlag for dannelsen af ​​genomiske biblioteker. Til dette formål genomisk DNA skæres eller sige, et bestemt restriktionsenzym fordøjet og de resulterende fragmenter klones gennem forskellige vektorer, der anvendes til rekombinante DNA-teknikker. Det genomiske bibliotek bør indeholde ikke kun gener, men også alt ikke-kodende DNA placeret mellem generne. Da fordøjelse med et restriktionsenzym ikke er fuldstændigt, således at DNA-fragmenter med delvist overlappende nukleotidsekvenser dannes. Dette letter den efterfølgende genoprettelse af mønsteret af placeringen af ​​fragmenter i native DNA( DNA i det levende legeme).Foruden genomiske biblioteker er der cDNA biblioteker.

Kloning af DNA-sekvenser under anvendelse af polymerasekædereaktion( PCR)

Endvidere beskrevne fremgangsmåde til kloning af DNA-sekvenser in vivo, er der også en fremgangsmåde til in vitro kloning, kaldet polymerasekædereaktion( PCR).

En forudsætning for at udføre PCR er at kende sekvensen af ​​nukleotider, der bestemmer den klonede sekvens. Til PCR skal først at syntetisere et par af såkaldte primere, som er korte nukleotidsekvens komplementær til DNA-fragment opformeret.

Efter adskillelse i to tråde af det studerede DNA-fragment tilsættes stoffer til reaktionsblandingen, som komplementært er associeret med de tilsvarende sektioner af disse tråde. Herefter følger adskillelsen af ​​de nydannede DNA-kæder ved hjælp af en temperaturbehandling. Til de nyligt dannede tråde af DNA-fragmentet kompletteres komplementære tråde igen ved anvendelse af DNA-polymeraseenzymet.

eksempel kan gentages i det uendelige eller indtil udmattelse af frie nukleotider i reaktionsblandingen, men som regel 20-30 cykler nok til at modtage en tilstrækkelig mængde af de undersøgte DNA-fragmenter til enhver efterfølgende manipulation af dette fragment.